病毒會發出什麼聲音？我們聽不見，卻能善加利用

有個古老的哲學問題：「如果一棵樹在森林裡倒下，四周無人聽見，它有發出聲音嗎？」從科學角度的字面答案是肯定的，因為任何原子的運動——不論是像樹倒下這樣大規模的，或是小到我們看不見的規模——都會產生聲音。這也適用於生物體。你有想過病毒會發出什麼聲音嗎？一項新研究的作者們肯定思考過。雖然我們聽不見病毒的超聲波振動，但不代表我們不能善加利用它們。

在一篇新論文中，一個由材料科學、光學、聲學和病毒學專家組成的跨學科團隊共同合作，研發出一種利用光線偵測單一病毒顆粒中聲學振動的方法。儘管這項研究仍處於早期階段，但它所帶來的可能性是巨大的。

正如密歇根州立大學的對應作者伊拉德·哈雷爾博士向IFLScience所說，這個方法的關鍵在於，它能讓人們在病毒的自然環境中研究病毒顆粒。

你聽說過大海撈針的問題吧？這就像是在一堆針裡找一根針，甚至是在一整倉庫針裡找一根針的難度！

哈雷爾表示：「如果我們能看見這些（聲學）特徵，而且它們是獨一無二的，那我們就能開闢出全新的微生物生物學研究方式。你可以立即看到……即時發生的事情。你不必研發檢測方法，也不用做所有這些非常繁瑣的研究。你可以非常迅速地完成研究。」

生物研究的主要手段之一是標記。從基本層面來看，很多細胞和組織看起來非常相似。例如，要分離器官中的不同細胞型別，或是區分健康組織和病變組織，我們依靠新增標記。透過用通常會發出不同顏色熒光或具有其他可測量獨特特性的蛋白質，標記特定的結構或分子，我們就能開始瞭解生物樣本的組成。

然而，儘管多年來已經研發出許多精密的標記方法，但它們並非沒有缺點，尤其是在研究病毒時。

哈雷爾解釋道：「標記非常複雜。它是病毒特異性的。每一種新的……病毒變異都得重新做標記，所以非常耗時、耗力又昂貴等等。」

哈雷爾之前對奈米粒子的研究——實際上奈米粒子和病毒並沒有太大差別——啟發了他將其中一些方法應用於生物粒子的想法，但一開始遇到了一些困難。

哈雷爾說：「我們一直在測量奈米粒子的這些聲學振動，而病毒有點像奈米粒子……它是否也會表現出這類振動呢？於是我們著手去測量。但我們失敗了很多次。你聽說過大海撈針的問題吧？這就像是在一堆針裡找一根針，甚至是在一整倉庫針裡找一根針的難度！」

「最終我們是在檢測光子，而它們看起來都一樣。從病毒發出的光子，和從細菌或細胞碎片發出的光子，到底有什麼不同呢？」

但最終，他們成功破解了難題。用哈雷爾的話來說，就是有效地「用錘子敲擊（病毒）」，就能誘使它「以一種對其結構和特性非常敏感的特定方式振動」。我們接下來自然會問：「它聽起來像什麼？」但可惜的是：「它的頻率比人類能感知的高出近一百萬倍。」

「我們真的很驚訝這些光譜竟然如此豐富。」

所以哈雷爾和他的團隊並不是靠傾聽，而是使用專門的儀器，去分離和捕捉由微小振動引起的光散射。他們稱之為生物聲學光譜學。

哈雷爾向IFLScience解釋道：「人們用光照研究生物學已經有100年了，但有趣的是，病毒的這些振動與所有其他現有的振動截然不同。我們真的很驚訝這些光譜竟然如此豐富，這些聲學特徵如此多樣，這意味著我們不僅能感知病毒是什麼，還能看到病毒在和什麼東西相互作用。這就好像病毒本身就是其自身環境的一個感測器。」

從實際角度來看，這可能意味著有能力即時觀察單一病毒顆粒的活動。圍繞病毒行為仍有很多謎團有待解決——其中一個大問題是，我們仍然不確切知道病毒顆粒是如何自我組裝的。哈雷爾告訴我們，這個方法可以讓我們直觀看到這一過程，如果我們能看到，那麼也許就能用新一代的抗病毒藥物幹擾它。

生物聲學也可以為能遠距離檢測病毒的非侵入式感測器鋪平道路。哈雷爾說：「光真是太神奇了，不是嗎？因為你可以把光線照射到各個地方，而且無需物理接觸就能收集到資訊。」

「如果你想的話，可以在食品安全工廠使用，也可以在機場使用……你發射出這道雷射光，就能從10米（33英尺）外檢測到某些東西。」

這個方法無需為每種病毒——或每種新變異株——研發高度特異性的感測器，就能自然地區分所有不同型別的病毒。除此之外，基於它們的機械特性差異，它也可以用於細菌、真菌以及人類和動物細胞。

「如果你有一個鋼球和一個橡皮球，它們的表現會非常不同。當你把它們丟下時，發出的聲音也會很不一樣。這裡的道理是類似的……例如，癌細胞的機械特性與健康細胞有很大不同。」

團隊之所以從病毒開始研究，是因為目前人們對病毒極為關注，但這項技術的適用範圍跨越了六個數量級，將其潛在應用擴充套件到大量的生物和化學系統。他們預見生物聲學將會補充，而非取代像標記這樣的現有技術。

他們甚至能夠即時觀察到單一病毒顆粒破裂的過程。在檢測活躍感染方面，能夠區分有活性和失活的病毒顆粒，其在醫學上的潛在意義是巨大的。

哈雷爾說：「不可否認，這還處於非常早期的階段。但無論是在基礎科學方面，比如藥物研發，還是診斷、醫學應用方面，都有很大的潛力。這就是讓我們對此感到非常興奮的原因。」

這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。